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  • 1. AUTOMATIZACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE ALMIDÓN DE YUCA ENEL CAUCACheca D. A.1, Luna D. C.1, Sanchez O. L.2, Diaz J. R.2, Restrepo A. R.21Estudiantes de Ingeniería en Automática Industrialdcheca@unicauca.edu.co, dluna@unicauca.edu.co2Docente de Ingeniería en Automática Industrialolgalisa@unicauca.edu.co, jrdiaz@unicauca.edu.co, arestrepo@unicauca.edu.coUniversidad del Cauca – Popayán ColombiaAbstract: The yucca starch is an economically important food for the department ofCauca. There are more than two hundred factories with the purpose of transforming theyucca in starch. However the process is still very handmade to be able to export or toopen up to a more competitive market. This is an automatic plant that allows to obtainthe maximum performance of the process and a starch of more quality.Keywords Almidón, yuca, Cauca, rallandería,Resumen: El almidón de yuca es un alimento económicamente importante para eldepartamento del Cauca. Existen más de doscientas fábricas con el propósito detransformar la yuca en almidón. Sin embargo el proceso todavía es muy rustico comopara poder exportar o abrir a un mercado más competitivo. Esta es una plantaautomática que permite obtener el máximo desempeño del proceso y por lo tanto unalmidón de mejor calidad.Palabras clave: Almidón, yuca, Cauca, rallandería,1. INTRODUCCIÓNEn Colombia, la extracción de almidón de yucacomo actividad agroindustrial empezó en los años50. La demanda de almidón aumentó en los añossiguientes y la extracción del producto se convirtióen una agroindustria netamente artesanal. Seintrodujeron entonces innovaciones mecánicas enalgunas etapas del proceso y se logró aumentar lacapacidad productiva de estas pequeñas fábricas queempezaron a llamarse “rallanderías” o“ralladeros”, pero en la gran mayoría este procesosigue siendo artesanal. Esta actividad permite eldesarrollo socioeconómico de las familias de escasosrecursos que pueblan el norte del departamento delCauca, Colombia.El departamento del Cauca [3] es el principalproductor de almidón agrio de yuca en Colombia, yaque procesa casi el 80% de la producción total delpaís. En 1994 había en este departamento unas 6450ha cultivadas con yuca que producían 53,500 t deraíces frescas. Esta producción representa el 3.2%del total nacional.Por lo anterior se desarrolló este proyecto en el cualse puede impulsar dicha producción haciendo uso deuna tecnología más sofisticada y de mejordesempeño que los sistemas artesanales para elprocesamiento de la yuca.La cantidad de usos que puede tener el almidón deyuca es tal vez el mayor atractivo económicamenteya que da posibilidades de entrar en diversosmercados tales como fabricación de papel,
  • 2. preparación de pegantes, industria textil, industriade alimentos preparados, entre otros; los cuales noson competitivos entre sí. Es una gran ventaja quehace que todas las “rallanderías” no tengan unacompetencia tan directa como con otros productos.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DELALMIDÓNPara obtener almidón de yuca esta debe atravesar porun proceso de transformación y asi pasar de suestado inicial como tubérculo a un estado harinoso.A continuación se describe el proceso.Inicialmente la yuca es introducida a una maquinalavadora/peladora. Esta máquina posee un cilindroque rota horizontalmente y a su vez aplica agua almaterial a procesar. Mientras la máquina seencuentra rotando, en su interior las raices se rozanentre sí y contra las paredes del cilindro, lo cualpermite que adicional al lavado de la yuca por accióndel agua, también se realice el pelado ya que lacáscara de la yuca es muy suave y con pequeñosgolpes se va perdiendo.Luego de que es lavada y pelada, es llevada a otramáquina denominada ralladora. Esta máquinaconsiste de un rodillo con unas protuberanciasfilosas, el cual gira a alta velocidad. La yuca esconducida al rodillo para que sea rallada en sutotalidad quedando solo trozos bastantes pequeños.Seguido estos trozos son llevados a una coladora endonde se separa la lechada (agua con almidón) y elafrecho (sustancia muy nutritiva proteínicamentepero baja en almidón).La lechada es llevada a unos tanques desedimentación los cuales hacen que se separen elalmidón (va al fondo por decantación) y el aguarestante del proceso (agua sobrenadante)En este punto se debe decidir si se quiere almidóndulce o almidón agrio. La diferencia entre los dos esque el almidón agrio requiere de otra etapa llamadafermentación. Los dos tipos de almidón tienengrandes mercados pero tienen diferentes usos.El almidón agrio de yuca es un producto fermentadopara uso de la industria de alimentos. Su obtenciónha sido el resultado de una labor doméstica realizadapor familias enteras en las áreas rurales,principalmente, y con equipos manuales rústicos, defabricación casera. Este almidón se ha utilizado en lapreparación de diversos alimentos, en especial los deorigen regional o típicos.El almidón de yuca dulce se emplea en el sectorindustrial, principalmente en la fabricación de papel,en la preparación de pegantes, en la industria textil(engomado de telas de algodón), en la industria dealimentos preparados, en la perforación de pozospetroleros y en la fabricación de dinamita.3. MÉTODOS ACTUALES DE PROCESO [5]Como se dijo anteriormente el sistema actual demuchas rallanderías (sobretodo las pequeñas)utilizan métodos artesanales para la producción dealmidón de yuca agrio. Para tener una mejorperspectiva del aporte del proyecto se muestra lastécnicas actuales utilizadas para la transformaciónde la yuca.3.1 Máquina lavadora/peladoraEsta máquina lavadora tiene carga lateral la cualpermite que se agregue más material a lavar auncuando se encuentre girando. Sin embargo esteesquema tiene un problema ya que cargar ydescargar es bastante tedioso.La entrada y salida de material debe ser hechapor un operario. Esto puede ocasionar un cuello debotella en una producción en línea así que lo mejores cambiar un poco el diseño para solucionar esteaspecto.Figura1. Maquina lavadora actual [5]3.2 Maquina Ralladora
  • 3. Figura 2. Maquina ralladora [5]Esta máquina tiene un modelo sencillo y por ende unproceso sencillo lo cual permite un funcionamientoóptimo. La yuca entra por la parte superior de lamáquina cayendo directamente a un rodillo con unasuperficie áspera que esta girando a gran velocidad.Este movimiento ralla por completo la yuca la cualsolo puede salir del rallador si se encuentra divida enpartes muy pequeñas.3.3 ColadoraFigura 3. Tamizado o coladora manual [5]En la mayoría de rallanderías pequeñas y medianastodavía se hace un colado manual. Esto consiste encolocar la yuca rallada dentro de una tamiz paraseparar la lechada del afrecho. La lechada es unasolución que tiene agua y almidón. El afrecho es elresto que queda de la yuca el cual ya no contienealmidón (idealmente).3.4 SedimentaciónEsta función se realiza mediante unos canales decemento por donde la lechada va fluyendo. Elobjetivo de esta etapa es tratar de separar casicompletamente el almidón del agua. Dado que elalmidón es más denso que el agua, cae al fondo enlos canales de sedimentación haciendo fácil suseparación.3.5 FermentaciónEs aquí donde se separa el proceso del almidón dulcey el almidón agrio. Para el primero esta etapa noaplica por lo que prácticamente su transformación haterminado. Para obtener el almidón agrio se debefermentar por cerca de treinta días para que puedaser usado en alimentos para humanos. Lafermentación se realizan en grande tanquesdispuestos para este proceso los cuales se llenan dealmidón y se agrega un poco de agua hasta querecubra unos diez centímetros por encima del nivelpara facilitar la reacción anaerobia.3.6 SecadoLuego de que el almidón es fermentado se extiendeen una superficie con exposición directa al sol paraque se evapore los últimos vestigios de agua. Cabeanotar que el almidón agrio no es igual si se seca pormedios artificiales como calefactores, sin embargopara el almidón dulce es posible hacerlo.Hasta aquí prácticamente se tiene el proceso deobtención de almidón agrio y dulce, actualmenteaplicado en la mayoría de rallanderías deldepartamento del Cauca. Se hace entonces necesarioincrementar la calidad la eficiencia y calidad delproducto con el ánimo de eliminar impurezas delalmidón, mejorar el uso del agua en el proceso yaumentar la producción.4. RESULTADOS OBTENIDOSEn la etapa de diseño de una nueva planta deprocesamiento de yuca se ha respetado las etapasactuales en cuanto a proceso sin embargo se hancambiado sustancialmente los métodos de cada etapadestacando el cambio de una máquina coladora auna maquina prensadora. El diseño de planta fue elsiguiente:4.1 Recepción de las raíces y Lavado de las RaícesLas raíces llegan a las unidades de produccióndenominadas rallanderías, en sacos de 80 a 90kg,aproximadamente. Estos sacos se organizan en unárea cubierta, con piso de concreto que estálocalizada cerca del área de carga a la banda
  • 4. transportadora que lleva las raíces hasta la lavadora.La banda transportadora vacía las raíces en elcilindro de la lavadora. Las raíces se asperjan conagua dentro del tambor para retirar de ellas la tierray las impurezas que traen y para facilitar laevacuación de esos residuos. La cascarilla o pieldelgada de color café, adherida a las raíces, se separagracias a la fricción de unas raíces con otras y contrala pared interna del cilindro que gira. La cascarillapasa por los orificios del cilindro y es evacuada juntocon las impurezas. Después de un tiempopredeterminado el PLC detiene el giro de la lavadoray procede a abrir la compuerta ubicada en un costadodel cilindro. Las raíces caen así a un embudodosificador cuyo fondo conduce a la segunda bandatransportadora la cual se activa gracias a un sensorde presencia y lleva las raíces hasta la tolva del rallo.El agua de lavado que contiene las impurezas yla cascarilla se recoge en una estructura demampostería y se conduce por tubería hacia un áreade filtración, donde se recupera la cascarilla. Esta sealmacena en montones al aire libre para que sedescomponga y sirva luego como fertilizante en loscultivos de café, yuca y plátano, principalmente. Elagua que ha sido filtrada, debe ir a la planta detratamiento de aguas residuales.El diseño de la máquina lavadora de carga ydescarga automática es el siguienteFigura 4. Maquina lavadora.[5]La maquina lavadora/peladora estará en esperade la señal de un sensor de peso que se encuentra alinicio de la primera banda transportadora, al indicaresto el cilindro de la lavadora se pondrá en maniobrade llenado, la cual consiste en colocarse con la tapahorizontal indicando hacia arriba, luego de ello seabrirá por medio de unos cilindros. Luego de laapertura de la compuerta se activa la bandatransportadora la cual carga la materia prima hastala boca de la lavadora. Existe un sensor de pesodebajo del cilindro de la lavadora, así cuando lleguea un determinado peso (125 Kg.) se detendrá elsuministro de yuca, apagando así la banda y despuésse cierra la compuerta del cilindro de la lavadora.Seguido de esto ya comienza la etapa de lavado.Inicialmente el motor arranca con una aceleraciónde 1rad/s2para que así 30 segundos después seencuentre a 30 rpm, punto en el cual se disminuye laaceleración para generar un velocidadaproximadamente constante. No existe un sensorde velocidad, esto se debe a que no es necesario quesea exacta en 30 rpm basta con que se encuentre enun punto cercano y ese control se puede hacer portemporizadores y control de suministro de energía.Continuando con el ciclo, el sistema luego deestabilizar su movimiento de activa una bomba deagua la cual le da la presión suficiente para que estasea trasmitida a unos tubos ubicados en losconstados internos del cilindro, los cuales poseenunos agujeros de 1 cm. de diámetro por donde elagua sale y lava a la yuca mientras gira.Este ciclo de lavado consta de unos 15 minutos.Terminado este tiempo el motor y la bomba sedetienen comenzando entonces la fase de vaciado demateria prima. Esta consiste en la ubicación delcilindro con su compuerta en un ángulo de 45 gradosnegativos y al abrir su compuerta la yuca lavada caedirecto a una tolva que forma parte de la estación detrabajo de la ralladora. Tiempo después (20segundos) la tapa vuelve a cerrarse por seguridad,gira en unos 180 grados aproximadamente y abre sucompuerta de nuevo esperando el siguiente ciclo delavado y por consiguiente la materia prima que leentrega la banda transportadora.4.2 Rallado de las raíces.La banda transportadora lleva las raíces hasta latolva del rallo, el cual ha empezado a funcionarsimultáneamente con la banda; por su forma decanaleta, la tolva favorece el movimiento de lasraíces y gracias a una tapa superior evita que salgandespedidas partículas desde el rallo. El contactodirecto de las raíces contra la superficie rugosa ycortante del tambor del rallo en rotación causa ladesintegración necesaria de las células del tejidoamiláceo de la raíz para que éstas liberen losgránulos de almidón.Durante el rallado se hace aspersión con aguade la superficie interna del tambor para lavarpermanentemente los elementos cortantes y paraconformar una masa acuosa de fácil transferenciahacia la prensadora. Una banda transportadorasituada debajo del rallo recibe la masa rallada parallevarla hasta la prensadora.Esta máquina ralladora se basa casi fielmente ala idea de la ralladora mecánica artesanal. El cambioradica en que ahora es una máquina eléctricaacondicionada para pueda recibir comandos por uncontrolador. Este controlador le informa cuando
  • 5. debe estar encendida y cuando debe apagarse. Sedebe tener en cuenta que la ralladora no debe dedesmenuzar mucho el material ya que esto puedehacer que se pierda mayor cantidad del almidón enel agua.4.3 Prensado y Tamizado de la lechada delalmidón. [5]En esta operación se separan los granos de almidónde la masa rallada (pulpa) mediante un profusolavado de la pulpa con agua. A través del recorridoque hace la pulpa en la banda transportadora hastala prensadora, se añade suficiente agua con el objetode lograr un buen lavado de la pulpa y por tanto unaadecuada recuperación del almidón disuelto en lalechada. Una vez llega a la prensadora la pulpa debede pasar bajo tres rodillos que la aprisionan endiferente magnitud para sacar la mayor cantidad delechada posible.La prensadora se activa cuando lo haga laralladora y por ende la banda transportadora, estaprensadora procesa continuamente la pulpa. La‘lechada de almidón’ pasa a través de unos filtroscolocados en los bordes de la banda transportadora yde la prensadora y, a medida que transcurre eltiempo de prensado, sale cada vez más diluida hastaperder por completo su color.Enseguida los residuos o el afrecho caenentonces en un tanque de escurrimiento el cual poseetuberías de drenaje hacia los canales desedimentación. Después de escurrir varios días, estosresiduos se extienden, cuando el tiempo lo permite,en patios (sin pavimentar, generalmente) para que sesequen al sol. El afrecho seco se utiliza comocomponente en raciones para animales.La ‘lechada de almidón’ sale de la prensadora yfluye por unos filtros laterales que retienen toda lafibra contenida en la lechada y la conducen a travésde tuberías a los canales de sedimentación.Figura 6. Maquina prensadora. [5]Esta máquina representa un gran cambio conrespecto a los demás elementos. Se pensó con elanimo de automatizar dicha maquina que sería máseficiente que se prensará la yuca rallada para que asísaliera el almidón en mayor cantidad ya que decierta manera el almidón es prensado cunado secuela en el tamiz. Así que se pensó una máquina conel aspecto de la figura 6 la cual obtendría una mayoreficiencia.El siguiente esquema muestra como sería la planta sifuese implementada.Figura 7. Esquema de la futura planta utilizando lassoluciones en este articulo [5]4.4 SedimentaciónLa ‘lechada de almidón’ pasa los filtros y esconducida mediante tuberías hacia un laberinto decanales de sedimentación. La sedimentación se basaen el principio de la precipitación selectiva de lasuspensión de almidón en movimiento. En un canaldeterminado, la velocidad del fluido establece eltiempo de retención y debe permitir solamente lasedimentación de los granos de almidón; losmateriales más livianos (proteínas, fibras,impurezas, etc.) no se sedimentan y salen con lasaguas residuales.Por consiguiente, para obtener un sedimentolimpio de almidón y evitar al máximo las pérdidasde almidón a la salida del canal se ajustan el caudalde la suspensión (la lechada) y la profundidad de lalámina de agua en el canal.La sedimentación selectiva depende de ladensidad de las partículas de la suspensión. Portanto, permite diferenciar también el almidón según
  • 6. el tamaño de sus granos, a lo largo del canal.El almidón se retira del fondo del canal enforma de bloques. Estos bloques se transportan hastalos tanques de fermentación para obtener almidónagrio o directamente al área de secado para obteneralmidón nativo.4.5 FermentaciónEl almidón se deposita en los tanques defermentación donde permanece durante 15 días, porlo menos. Algunos procesadores de almidón de yucatienen como norma fermentarlo de 45 a 60 días paraasegurarse de que adquiere dos propiedades: el poderde expansión y el aroma, necesarias para laelaboración de productos tradicionales de panadería.El almidón puede permanecer en los tanques defermentación durante períodos de 3 a 4 meses sinque se deteriore su calidad. Esta permanencia largasuele ocurrir en épocas de lluvias en que se dificultael secado.Una capa de agua de 5 a 10cm debe recubrirpermanentemente la masa de almidón. Cuando sellenan los tanques se puede añadir, con el fin deacelerar la fermentación, agua obtenida de tanquesde fermentación usados anteriormente o aguasobrenadante del tanque de sedimentación de lamancha, siempre que haya transcurrido en éste eltiempo suficiente para que la mancha sedimente. Serecomienda también colocar en el fondo del tanquede fermentación un bloque de almidón yafermentado tomado de otro tanque de fermentaciónque contenga almidones de variedades de yuca debuena calidad.4.6 SecadoEl almidón forma una masa muy compacta en loscanales de sedimentación y en los tanques defermentación. El almidón fermentado posee uncontenido de humedad de, aproximadamente, 55%en base húmeda. Utilizando palas metálicas, secortan bloques de la masa de almidón y setransportan a los patios de secado a través de unabanda transportadora.El almidón húmedo se seca, en la segundaplanta, esparcido sobre láminas de plástico de colornegro. La capa de almidón extendida sobre elplástico puede variar de 1 a 2 Kg. /m2. Esta capadebe ser removida frecuentemente para exponer elproducto uniformemente al sol y acelerar el secado.Esta área posee un techo en vidrio de altadensidad que evita que le caigan impurezas delambiente al almidón y permite el libre paso de la luzsolar. También hay calefactores apropiados parasecar el almidón nativo aun cuando haya escasez deluz solar. Considerando los fuertes olores espedidospor el almidón fermentado se adecuan algunosextractores de olor en sitios estratégicos.Cuando el almidón alcanza una humedad de 12% a14%, en base húmeda, se empaca en sacos paracomercializarlo.6. CONCLUSIONESSe puede concluir entonces se ha implementado unsistema alternativo para el procesamiento de yuca.Este ha pensado en las deficiencias por calidad,cantidad de producción por hora y la calidad delalmidón. Como mejoras al proceso artesanalutilizado en las plantas se puede incluir lo siguiente.Proceso automatizado.El cambio más importante es tener un procesoautomatizado, un proceso que requiere un mínimode intervención humana. Al tener un sistemacontrolado se puede variar la produccióndependiendo de la materia prima o insumosdisponibles.Utilización de recursos.El proceso esta diseñado de la forma de manejar elconsumo de recursos como materia prima o insumos.Cambios como el de la coladora por una prensadoraaporta a una maximización del proceso con elmínimo de materias primas. Se tuvo en cuenta eluso de agua dentro del proceso. Se busco la forma dedisminuir la utilización de este recurso natural pormedio de bombas hidráulicas.Aumento de la producción.Esta planta funciona en automáticamente por lo quelos operarios no deben estar pendientes del procesodurante todo el proceso. Es por eso que laproducción podría aumentar considerablemente.Aunque la producción se estima 30 toneladas dealmidón agrio al mes con horarios normales de 8horas de trabajo diario y 5 días a la semana. Esteporcentaje puede ser regulado con simplesinstrucciones dependiendo de la necesidadproductiva que se tenga.Higiene.Esta es la parte que se mejoró en cuanto a la calidad.El tener un sistema sin intervención humana y quelos instrumentos del proceso sean solo tocados por elmismo producto aumenta la higiene del producto.Esta es un cualidad importante del proceso sobretodo
  • 7. si se piensa a futuro a buscar mercados máscompetitivos.En general se obtuvo grandes cambios con respectodel proceso artesanal que normalmente utilizan lasrallanderías del cauca. Los cambios han sido muyrelevantes, desde cambios en la estructura civil queconvierten a una rallandería en una empresa mejorequipada hasta la automatización de las máquinas,pasando por mejor uso de los insumos y materiasprimas, un sistema flexible para la producción dealmidón de yuca y dejando a la nueva empresa endisposición para aplicarles los nuevos métodos deadministración de empresas.7. REFERENCIAS[1] FERNANDEZ Alejandro, ZAKHIA Nadine,otros. Desarrollo de un método sencillo paramedir la calidad del almidón agrio de yuca.Impacto del método sobre la agroindustria ruralen el Departamento del Cauca (Colombia),Palmira – Valle.http://www.ciat.cgiar.org/agroempresas/espanol/inicio.htm[2] GOTTREK María, DOFOUR Enrique y otro.Caracterización De La Agroindustria DeProcesamiento De Almidón Agrio En ElDepartamento Del Cauca, Colombia. 1997.http://www.ciat.cgiar.org/agroempresas/espanol/inicio.htm[3] TORRES P, RODRIGUEZ J y otro.Extracción De Almidón De Yuca. ManejoIntegral Y Control De La ContaminaciónHídrica.[4] Comité para la Promoción de la Agroindustria dela Yuca, La Agroindustria Rural De ProducciónDe Almidón Agrio De Yuca En El DepartamentoDel Cauca. Estudio empresarial Proyuca.[5] ALARCON freddy, DOFOUR dominique,Producción De Almidón De Yuca Agrio EnColombia, publicación CIAT # 268, diciembre de1998.[6] ARCAY marcano. Mecanización Del CultivoDe La Yuca. Diciembre de 1992.[7] El Centro Internacional de Agricultura Tropical,http://www.fao-sict.un.hn/documentos_interes/11_tuberculos.pdf.[8] Consorcio Latinoamericano y del Caribe DeApoyo a La de Investigación y Desarrollo De LaYuca. http://www.clayuca.com[9] CECORA. Diagnostico Socioeconómico delCauca. Santa fe de Bogotá, Colombia. 150 p.1988.[10] Chacon, M. P. y Mosquera, L. Estudio delSistema Socioeconómico de la Producción deAlmidón de yuca en el Norte del Cauca. (Tesis).Programa de Economía, Corporación UniversitariaAutónoma de Occidente, Cali, Colombia. 148 p.1992.

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